四川省道S216沿線滑坡、崩塌發(fā)育規(guī)律

(成都理工大學 地質(zhì)災害與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059)

1 研究背景

四川省道S216線路為木里縣境內(nèi)主要通道，也是香格里拉環(huán)線的重要組成部分，道路沿線山高谷深，巖性較為豐富，地形地質(zhì)條件復雜。每年5—9月份的雨季，區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌災害使道路斷道現(xiàn)象頻頻發(fā)生。2015年7月10日四川省道S216棉亞山高巖子段發(fā)生滑坡使道路中斷；2016年9月7日上午，菜籽灣段多次發(fā)生山體滑坡，路基大幅度沉陷，使道路中斷；原省道S216在下麥地鄉(xiāng)通過一處方量約260萬m3的滑坡，現(xiàn)已避讓[1]。道路沿線發(fā)生地質(zhì)災害嚴重威脅著行人行車的安全，道路搶險工作難度大、耗資高，因此對道路沿線地質(zhì)災害發(fā)育規(guī)律的研究,對于道路規(guī)劃、改線以及交通搶險意義重大。

四川省道S216沿線災害頻發(fā)，某些災害多發(fā)段面臨改道的問題，對地質(zhì)災害發(fā)育規(guī)律的研究尤為重要。此區(qū)域內(nèi)道路中斷幾乎都為滑坡、崩塌所致，泥石流影響較小。為此，本文基于ArcGIS平臺對木里縣固增苗族鄉(xiāng)至鹽源縣木鎖溝的省道S216沿線約85 km地形地貌多變地帶的滑坡、崩塌災害發(fā)育規(guī)律進行研究，對該區(qū)域滑坡以及崩塌發(fā)育規(guī)律形成了初步的認識[2-3]。認識的結果可為區(qū)域內(nèi)道路搶險、線路突發(fā)情況改線以及災害分區(qū)提供依據(jù)。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況及資料來源

2.1 地質(zhì)概況

區(qū)域內(nèi)地表水較為豐富，最主要的河流為理塘河，也有木里河之稱，其流向東南，多年平均年徑流總量45.1億m3，四川省道S216主干道路基本依河而建。

研究區(qū)地處川西高原的南段，地形起伏較大，其中最低海拔1 762 m，最高海拔4 283 m；區(qū)域面積約為840 km2。

研究區(qū)內(nèi)地層巖性較為豐富，從奧陶系到三疊系除了泥盆系缺失之外，其余均有出露。其中分布范圍最較廣的地層為二疊系下統(tǒng)(P1)及奧陶系吾力溝組(O1w)，其巖性為礫狀灰?guī)r夾鈣質(zhì)千枚巖、生物碎屑灰?guī)r及厚層灰?guī)r、 碎屑巖。

研究區(qū)地質(zhì)構造復雜(見圖1)，是橫斷山脈在四川境內(nèi)最典型的造山帶，其大地構造位置屬于松潘—甘孜地槽區(qū)南緣的2個Ⅰ級構造單元揚子準地臺與松潘—甘孜地槽的槽臺結合部，其中小金河斷裂的部分分支斷裂就發(fā)育在研究區(qū)之內(nèi)[4]。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area

2.2 資料來源

收集研究區(qū)1∶50 000的地形圖資料，在ArcGIS中將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，接著對其進行精確的地理配準，收集區(qū)域內(nèi)的道路、水系、斷層等資料。

基于多時相衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料進行遙感解譯工作[5]；接著將資料匯總之后系統(tǒng)地對研究區(qū)線路作野外現(xiàn)場調(diào)查，最終確認研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生災害130處，其中滑坡80處、崩塌50處。

3 災害發(fā)育規(guī)律

綜合考慮選取巖性、高程、斷層、水系、坡向、人類坡度道路工程等因素對區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌的發(fā)育規(guī)律進行研究。

基于ArcGIS強大的空間分析功能，將研究區(qū)內(nèi)的斷層、水系等要素生成多環(huán)緩沖區(qū)，并統(tǒng)計各災害點距離斷層等要素的距離；用數(shù)字高程模型生成坡度、坡向、高程等柵格文件，并將多值提取至各災害點，從而對研究區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌災害的發(fā)育規(guī)律進行分析。

3.1 災害與地層巖性的關系

相關研究表明滑坡更容易在較為軟弱的巖體、松散堆積層以及有軟弱夾層的堅硬巖體中發(fā)育，而崩塌較容易在堅硬巖體中發(fā)育[6]。

選取區(qū)域內(nèi)分布范圍最廣的5個地層進行研究，分析災害在不同地層中的發(fā)育規(guī)律，如表1所示。

表1 各地層中滑坡、崩塌發(fā)育頻率Table 1 Frequency of landslides and collapsesdeveloped in different strata

統(tǒng)計后得出，滑坡在此區(qū)域內(nèi)在奧陶系吾力溝組(O1w)的灰?guī)r、碎屑巖及三疊系西康群(Txk)的板巖、千枚巖夾泥灰?guī)r中發(fā)育頻率最高；而崩塌在此區(qū)域內(nèi)在三疊系鹽塘組(T2y)的灰綠黃色砂巖、粉砂巖中及三疊系巴東組(T2b)的灰?guī)r、泥灰?guī)r夾綠色頁巖中發(fā)育頻率最高。因此在此區(qū)域內(nèi)道路選線及搶險時應著重注意以上地層區(qū)域。

3.2 災害與斷層的關系

斷層活動會導致巖體破壞，使巖體風化加深，有學者的研究結果表明斷層對于滑坡等災害具有極強的控制作用(圖2)，尤其是與斷裂方向一致的坡體極易發(fā)生滑坡，且斷層的控制作用具有上盤效應，與斷層下盤相比較，上盤的活動更為強烈、持久[7]。

圖2 斷層活動引發(fā)滑坡Fig.2 Landslide triggered by fault activity

統(tǒng)計距斷層不同距離內(nèi)滑坡、崩塌的發(fā)育情況，結果如圖3，可以看出距離斷層越遠，災害點個數(shù)整體先增加，當距離超過400 m后又呈下降的趨勢，接著在1 000 m之后趨于平緩；在200～400 m之間災害點發(fā)育個數(shù)最多，這是由于區(qū)域內(nèi)斷層發(fā)育較多，此距離范圍內(nèi)受到2條以上斷層的影響。分析得出此區(qū)域內(nèi)斷層對于滑坡、崩塌災害的控制范圍都為1 000 m左右。

圖3 距斷層不同距離災害發(fā)育規(guī)律Fig.3 Rule of disaster development at differentdistances to fault

3.3 災害與高程的關系

研究區(qū)地形起伏較大，將數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)導入ArcGIS中與區(qū)域內(nèi)的災害點進行了分析。

分析結果(圖4)表明研究區(qū)內(nèi)的滑坡地質(zhì)災害主要發(fā)生在2 000～2 500 m高程，占總體的70%；崩塌災害主要發(fā)生在1 762～2 500 m高程，占崩塌災害總數(shù)的76%。

圖4 滑坡、崩塌與高程的關系Fig.4 Relationship between collapse, landslide and elevation

3.4 災害與河流水系的關系

河流對坡腳有沖刷、浸潤等作用，又有相關學者的研究結果表明黏性土與河水作用后，重塑土的微結構和抗剪強度都會發(fā)生一定變化[8]，因此河流水系是災害發(fā)生的影響因素之一?；贏rcGIS分析區(qū)域內(nèi)河流水系與災害的規(guī)律，結果如圖5所示。

圖5 距河流水系不同距離災害發(fā)育規(guī)律Fig.5 Rule of disaster development atdifferent distances to river

根據(jù)分析可知，隨著距離的增大，每100 m范圍內(nèi)的滑坡、崩塌發(fā)育個數(shù)基本呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，到一定距離之后，災害個數(shù)開始穩(wěn)定。以上規(guī)律表明，區(qū)域內(nèi)河流水系對于災害的發(fā)生具有控制作用，其中對滑坡災害的控制范圍約為500 m，對崩塌災害發(fā)生的控制范圍約為400 m。

3.5 災害與坡度的關系

坡度是影響坡體穩(wěn)定的重要因素之一。隨著坡體坡度的變化，坡體中的應力分布會相應變化，最大應力出現(xiàn)的部位也會產(chǎn)生一定的變化[9]，從而影響坡體的穩(wěn)定性。對研究區(qū)130個災害點的坡度進行分析，結果顯示區(qū)域內(nèi)滑坡災害主要發(fā)生在20°～40°的斜坡上，共59處，占總體的73.8%(圖6)；崩塌災害主要發(fā)生在20°～50°的斜坡上，共發(fā)生了47處，占總體的94%。區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌災害主要發(fā)生在20°～50°的斜坡上，共發(fā)生了111處，占研究區(qū)內(nèi)總數(shù)的85.38%。

3.6 災害與坡向的關系

斜坡的朝向不同，使得土體中的含水率、植物覆蓋率、土壤中的腐殖質(zhì)等有一定差別[10-13]，以上幾種因素均可能導致斜坡巖土體的強度不同，從而影響災害的發(fā)育?；谝陨显?，將坡向分為N(337.5°—22.5°)，NE(22.5°—67.5°)，E(67.5°—112.5°)，SE(112.5°—157.5°)，S(157.5°—202.5°)，SW(202.5°—247.5°)，W(247.5°—292.5°)，NW(292.5°—337.5°)8個方向?qū)ρ芯繀^(qū)各個地質(zhì)災害點的坡向進行分析，如圖7所示。

圖7 滑坡、崩塌的坡向方位規(guī)律Fig.7 Collapses and landslides in slopes ofdifferent aspects

分析表明區(qū)內(nèi)滑坡在北西向(NW)以及正北向(N)發(fā)育較少，僅有4處，僅占5%，在其他朝向的坡體上均有分布，其中在南西向(SW)最為發(fā)育，共22處，占27.5%；崩塌主要發(fā)育在正東向(E)、南西向(SW)、南東向(SE)、正西向(W)的坡體上，共40處，占80%，在其余方向零星分布。

3.7 災害與道路的關系

研究區(qū)內(nèi)地形地貌多變，道路等難免會建在坡體上。修建道路可能會使坡面巖體裸露；在進行爆破等工程活動時可能會使巖體結構產(chǎn)生松弛；削坡建路還會改變巖體的天然應力狀態(tài)；還有學者研究得出人類活動帶來的微小外界擾動(如車輛行駛帶來的振動)也會引起邊坡的變形破壞[14-15](圖8)?；谝陨显?，對研究區(qū)內(nèi)的災害點距道路的距離進行了統(tǒng)計分析(表2)。

圖8 修建公路引發(fā)的滑坡Fig.8 Landslide caused by road construction

距離/m滑坡崩塌數(shù)量/處百分比/%數(shù)量/處百分比/%[0,100]3645.02040(100,200]2227.52040(200,300]1012.524(300,400]45.0612(400,500]22.512(500,600]45.000>60022.512

分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)滑坡大部分發(fā)育在距道路300 m范圍內(nèi)，占了總數(shù)的85%，距道路300 m之后，每100 m范圍內(nèi)的滑坡都在4處以下；區(qū)域內(nèi)大部分崩塌災害都發(fā)生在距道路200 m的范圍內(nèi)，占了總數(shù)的80%，200 m之后崩塌災害零星分布。以上現(xiàn)象表明研究區(qū)內(nèi)的災害受到了道路的影響，其中道路對滑坡的影響范圍大約為300 m，對崩塌的影響范圍約為200 m。

4 結 論

(1)在研究區(qū)域內(nèi)選線路時應盡量避開奧陶系吾力溝組(O1w)、三疊系西康群(Txk)、三疊系巴東組(T2b)的地層。

(2)研究區(qū)內(nèi)斷層對滑坡、崩塌的發(fā)育具有控制作用，其對滑坡和崩塌的控制范圍均為1 000 m。在繼續(xù)修建公路時應盡量避開斷層尤其是避開斷層上盤。

(3)研究區(qū)內(nèi)70%的滑坡災害發(fā)育在2 000～2 500高程范圍之內(nèi)，76%的崩塌發(fā)育在1 762～2 500 m的高程范圍內(nèi)，85.38%的滑坡、崩塌災害發(fā)育在20°～50°的斜坡中。

(4)選擇道路線路時應盡量選擇正北、正東、北西向坡度較緩的斜坡。

(5)切坡建路后應適當對路基及切出的較陡斜坡進行加固。